Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме занятия

Вся информация, которую обрабатывает компьютер должна быть представлена двоичным кодом с помощью двух цифр 0 и 1. Эти два символа принято называть двоичными цифрами или битам. С помощью двух цифр 0 и 1 можно закодировать любое сообщение.

Человек способен воспринимать и хранить информацию в форме образов (зрительных, звуковых, осязательных, вкусовых и обонятельных). Зрительные образы могут быть сохранены в виде изображений (рисунков, фотографий и так далее), а звуковые — зафиксированы на пластинках, магнитных лентах, лазерных дисках и так далее.

Графическая информация может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно.

Примером аналогового представления графической информации может служить, например, живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного – изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета. Преобразование графической информации из аналоговой формы в дискретную производится путем дискретизации, то есть разбиения непрерывного графического изображения на отдельные элементы. В процессе дискретизации производится кодирование, то есть присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода.

Дискретизация – это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений в форме кодов.

Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами – как растровое или как векторное изображение. для каждого типа изображений используется свой способ кодирования.

Кодирование растровых изображений.

Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов.

Пиксель – минимальный участок изображения, цвет которого можно задать независимым образом.

В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация. Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики (большого количества маленьких разноцветных стекол). Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому фрагменту присваивается значение его цвета, то есть код цвета (красный, зеленый, синий и так далее).

Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен одному биту (либо черная, либо белая – либо 1, либо 0).

Для четырех цветного – 2 бита.

Для 8 цветов необходимо – 3 бита.

Для 16 цветов – 4 бита.

Для 256 цветов – 8 бит (1 байт).

Качество изображения зависит от количества точек (чем меньше размер точки и, соответственно, больше их количество, тем лучше качество) и количества используемых Цветов (чем больше Цветов, тем качественнее кодируется изображение).

Для представления цвета в виде числового кода используются две обратных друг другу цветовые модели: RGB или CMYK. Модель RGB используется в телевизорах, мониторах, проекторах, сканерах, Цифровых фотоаппаратах… Основные цвета в этой модели: красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue). Цветовая модель СMYK используется в полиграфии при формировании изображений, предназначенных для печати на бумаге.

Растровые изображения очень чувствительны к масштабированию (увеличению или уменьшению). При уменьшении растрового изображения несколько соседних точек преобразуются в одну, поэтому теряется различимость мелких деталей изображения. При увеличении изображения увеличивается размер каждой точки и появляется ступенчатый эффект, который можно увидеть невооруженным глазом.

Цветные изображения формируются в соответствии с двоичным кодом цвета каждой точки, хранящимся в видеопамяти. Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемым для кодирования цвета точки. Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 8, 16, 24 или 32 бита.

Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, тогда количество цветов, отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле: N = 2ⁱ, где i - глубина цвета.

Глубина цвета и количество отображаемых цветов

Глубина цвета (i)	Количество отображаемых цветов (N)
8	2^8 = 256
16(НighСоlоr)	2^16 = 65536
24 (Тruе Соlоr)	2^24= 16777216
32 (Тruе Соlоr)	2^32= 4 294 967 296

Кодирование векторных изображений.

Векторное изображение представляет собой совокупность графических примитивов (точка, отрезок, эллипс…). Каждый примитив описывается математическими формулами. Кодирование зависит от прикладной среды.

Достоинством векторной графики является то, что файлы, хранящие векторные графические изображения, имеют сравнительно небольшой объем.

Важно также, что векторные графические изображения могут быть увеличены или уменьшены без потери качества.

Форматы графических файлов определяют способ хранения информации в файле  (растровый или векторный), а также форму хранения информации (используемый алгоритм сжатия).

— Bit MaP image (BMP) — универсальный формат растровых графических файлов, используется в операционной системе Windows. Этот формат поддерживается многими графическими редакторами, в том числе редактором Paint. Рекомендуется для хранения и обмена данными с другими приложениями.

— Tagged Image File Format (TIFF) — формат растровых графических файлов, поддерживается всеми основными графическими редакторами и компьютерными платформами. Включает в себя алгоритм сжатия без потерь информации. Используется для обмена документами между различными программами. Рекомендуется для использования при работе с издательскими системами.

— Graphics Interchange Format (GIF) — формат растровых графических файлов, поддерживается приложениями для различных операционных систем. Включает алгоритм сжатия без потерь информации, позволяющий уменьшить объем файла в несколько раз. Рекомендуется для хранения изображений, создаваемых программным путем (диаграмм, графиков и так далее) и рисунков (типа аппликации) с ограниченным количеством цветов (до 256). Используется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.

— Portable Network Graphic (PNG) — формат растровых графических файлов, аналогичный формату GIF. Рекомендуется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.

— Joint Photographic Expert Group (JPEG) — формат растровых графических файлов, который реализует эффективный алгоритм сжатия (метод JPEG) для отсканированных фотографий и иллюстраций. Алгоритм сжатия позволяет уменьшить объем файла в десятки раз, однако приводит к необратимой потере части информации. Поддерживается приложениями для различных операционных систем. Используется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.

Задания для практического занятия

Задание 1. Внимательно прочитайте теоретический материал по теме занятия.

Задание 2. Выпишите и запомните основные определения.

Задание 3. Для хранения растрового изображения размером 32х32 пикселя отвели 512 байт памяти. Каково возможное число цветов в палитре изображения?

Задание 4. Растровое изображение размером 64х64 пикселя занимает 4Кбайт памяти. Чему равно максимальное количество цветов, используемых в изображении.

Задание 5. Разрешение экрана монитора 1024х768 точек, глубина цвета – 16 бит. Каков необходимый объем видеопамяти (в мегабайтах) для данного графического режима?

Задание 6. Черно-белое (без градаций серого) растровое графическое изображение имеет размер 10х10 точек. Какой объем памяти займет это изображение?

Задание 7. Цветное (с палитрой из 256 цветов) растровое графическое изображение имеет размер 10х10 точек. Какой объем памяти в битах займет это изображение?

Задание 8. В процессе преобразования растрового графического изображения количество цветов уменьшилось с 1024 до 32. Во сколько раз уменьшился информационный объем файла?

Задание 9. Какой объем видеопамяти необходим для хранения четырех страниц изображения, если битовая глубина равна 24, а разрешающая способность дисплея – 800х600 пикселей?

Вопросы для закрепления теоретического материала

1. Что такое информация?

2. Что собой представляет двоичный код?

3. Почему в компьютере графическая информация представляется в двоичном коде?

4. В чем заключается процесс кодирования и декодирования графической информации?

5. Какова разница между дискретным и аналоговым представлением графической информации? Приведите примеры.

6. Что происходит в процессе кодирования изображений? Какой принцип используется при декодировании цветных изображений?

Практическое занятие 13. Дискретное (цифровое) представление
звуковой информации и видеоинформации

Тема 2.1. Подходы к понятию и измерению информации. Информационные объекты различных видов. Универсальность дискретного (цифрового) представления информации.

Учебная цель: выработать навыки представления звуковой информации и видеоинформации в компьютере, изучить принцип цифрового представления информации в компьютере.

Оборудование и инструменты: компьютер, сеть Интернет, тетрадь, ручка.

Программное обеспечение: ОС Windows, браузер, MS Word.

Время выполнения 90 мин.